【手続補正書】
【提出日】平成18年3月28日(2006.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】非水電解質二次電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】  正極板と隔離体と負極板とを有する発電要素を袋状電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記発電要素は、中心軸に平行な一方の側壁部分と、中心軸に垂直でリードが取り出されている平面の正極リードと負極リードの間と、中心軸に平行な他方の側壁部分と、中心軸に垂直でリードが取り出されていない平面とを通る巻き止めテープで固定されており、前記袋状ケースは発電要素の中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部を備え、発電要素の中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部が前記巻き止めテープと重なる位置にあることを特徴とする非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素が袋状電池ケースに収納された非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用無線電話、携帯用パソコン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに伴って、内蔵される電池としても、高エネルギー密度を有し、且つ軽量なものが採用されている。そのような要求を満たす典型的な電池は、特にリチウム金属やリチウム合金等の活物質、又はリチウムイオンをホスト物質（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる物質をいう。）である炭素に吸蔵させたリチウムインターカレーション化合物を負極材料とし、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒を電解液とする非水電解質二次電池である。
【０００３】
この非水電解質二次電池は、上記の負極材料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極板、リチウムコバルト複合酸化物のようにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする正極活物質をその支持体である正極集電体に保持してなる正極板、電解液を保持するとともに負極板と正極板との間に介在して両極の短絡を防止するセパレータからなっている。
【０００４】
そして、上記正極板及び負極板は、いずれも薄いシートないし箔状に成形されたものを、セパレータを介して順に積層又は渦巻き状に巻回した発電要素とする。そしてこの発電要素を、ステンレス、ニッケルメッキを施した鉄、又はアルミニウム製等の金属からなる電池容器に収納され、電解液を注液後、蓋板で密封固着して、電池が組み立てられる。
【０００５】
ところが、金属製電池容器を用いた場合、気密性が高く、かつ機械的強度に優れてはいるものの、電池の軽量化や電池容器の材料、デザインには大きな制約となる。
【０００６】
その問題を解決するものとして、発電要素を袋状電池ケースに収納する方法が提案されている。特に、袋状電池ケースの材質として、気密構造を有する金属ラミネート樹脂フィルムを使用することにより、電解液の漏液や電池外部からの水分等の侵入がなく、かつ電池の軽量化を図ることができる。
【０００７】
また、発電要素の形状としては、巻回型、特に断面が非円形あるいは長円形とすることにより、電極表面積を大きくすることができ、製造工程も簡単となる。
【０００８】
このような非水電解質二次電池を電子機器に用いる場合、単電池又は複数個の直列接続したものとして目的の電圧を得るようにする。この単数又は複数個の電池は、充放電制御回路とともに樹脂もしくは金属と樹脂からなる筐体に収納され、内容物を取り出せないよう封口して電池パックとして用いられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の、シート状正極板とシート状負極板の間にセパレータを挟み、断面が非円形あるいは長円形の巻回型発電要素を用いる非水電解質二次電池においては、巻回型発電要素はその巻回中心軸が袋状電池ケースの開口面に垂直方向となるように袋状電池ケースに収納されていた。
【００１０】
また、極板間のゆるみを防止するために、巻回型発電要素は、巻回中心軸に平行な一方の側壁部分と、巻回中心軸に垂直でリードが取り出されている平面の正極リードと負極リードの間と、巻回中心軸に平行な他方の側壁部分と、巻回中心軸に垂直でリードが取り出されていない平面とを通る巻き止めテープで固定されていた。
【００１１】
さらに、発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部は、袋状電池ケースの表面から突き出た方向にとりつけられており、この溶着部は折り曲げて袋状電池ケースの表面に押しつけた状態で使用されていた。
【００１２】
しかし、従来の非水電解質二次電池においては、発電要素の巻き止めテープの位置と、発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部の位置とは無関係であった。
【００１３】
このような構成の従来の非水電解質二次電池においては、長時間にわたって極板間隔を一定に保つことが困難であり、充放電サイクルを繰り返すと、放電容量が減少するという問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明になる非水電解質二次電池は、上記問題を鑑みてなされたものであり、正極板と隔離体と負極板とを有する発電要素を袋状電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記発電要素は、中心軸に平行な一方の側壁部分と、中心軸に垂直でリードが取り出されている平面の正極リードと負極リードの間と、中心軸に平行な他方の側壁部分と、中心軸に垂直でリードが取り出されていない平面とを通る巻き止めテープで固定されており、前記袋状ケースは発電要素の中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部を備え、発電要素の中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部が前記巻き止めテープと重なる位置にあることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、袋状電池ケースが気密構造を有し、長円形巻回型発電要素がその巻回中心軸が袋状電池ケースの開口面に垂直方向であるように収納されていることが好ましい。なお、垂直方向とは、完全な垂直のみを意味するのではなく、おおむね垂直な方向も意味する。
【００１６】
さらに本発明は、袋状電池ケースの材質が金属ラミネート樹脂フィルムであることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、長円形巻回型発電要素を備えた電池を例として、図面を参照して説明する。本発明になる非水電解質二次電池の外観を図１に示す。長円形巻回型発電要素は、その巻回中心軸が袋状電池ケースの開口面に垂直方向となるように、袋状電池ケースに収納されている。なお、垂直方向とは、完全な垂直のみを意味するのではなく、おおむね垂直な方向も意味する。
【００１８】
図１において、１は非水電解質二次電池、２は袋状電池ケース、３は正極リード、４は負極リード、５は発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部、６はリード取り出し部の袋状電池ケースの溶着部、７はリード取り出し部とは反対側の袋状電池ケースの溶着部である。
【００１９】
次に、本発明になる非水電解質二次電池の製造工程を、図２〜図５で説明する。なお、袋状電池ケースの材質としては金属ラミネート樹脂フィルムを使用した。
【００２０】
図２〜図５において、記号２〜７は図１と同じものを示し、８は長円形巻回型発電要素、９は長円形巻回型発電要素の巻回中心軸、１０は袋状電池ケースの開口面、１６は巻き止めテープである。
【００２１】
まず、第１工程では、図２に示したような、長円形巻回型発電要素を作製した。ポリエチレンの長方形状の巻芯を中心として、長辺が発電要素の巻回中心軸と平行になるようにその周囲に巻いて、長円形巻回型発電要素を得た。
【００２２】
長円形巻回型発電要素の最外周部は、図２に示したように、巻回中心軸に平行な一方の側壁部分と、巻回中心軸に垂直でリードが取り出されている平面の正極リードと負極リードの間と、巻回中心軸に平行な他方の側壁部分と、巻回中心軸に垂直でリードが取り出されていない平面とを通る巻き止めテープ１６で固定されている。
【００２３】
次に、第２工程では、図３に示したように、金属ラミネート樹脂フィルム２の両端部を重ね合わせ、熱溶着し、円筒形袋状電池ケースを作製する。
【００２４】
次に、第３工程では、図４に示したように、発電要素８を、その巻回中心軸が袋状電池ケースの開口面１０に垂直となるように、袋状電池ケースに収納する。
【００２５】
さらに、第４工程では、図５に示したように、まず発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部５を、折り曲げて袋状電池ケースの表面に押し付けたり、あるいは接着剤を用いて接着したり、または熱溶着などの方法で、袋状電池ケースの表面に固着する。次に、金属ラミネート樹脂フィルム２のリード取り出し部を熱溶着し、リード取り出し部の袋状電池ケースの溶着部６を形成する。その後、リード取り出し部の溶着部６の反対側の袋状電池ケースを熱溶着して、リード取り出し部とは反対側の熱溶着部７を形成する。
【００２６】
接着剤としては、金属ラミネート樹脂フィルムの表面の材質に合わせて、いろいろな種類の接着剤を使用することができる。
【００２７】
本発明に使用する発電要素の形状としては、断面が長円形巻回型に限られるものではなく、断面が円形巻回型や非円形巻回型、あるいは平板型極板をセパレータを介して積層するスタック型や、シート状極板を折りたたんでセパレータを介して積層する型など、あらゆる形状の発電要素を使用することができる。
【００２８】
なお、発電要素の形状が平板型極板をセパレータを介して積層するスタック型や、シート状極板を折りたたんでセパレータを介して積層する型の場合、発電要素の外形は概略直方体となり、この直方体の一面からリード端子が取り出されている。このような形状の発電要素の中心軸とは、リード端子が取り出されている面の中心とリード端子が取り出されている面に対向する面の中心を結ぶ軸をさす。
【００２９】
また本発明においては、気密構造を有する袋状電池ケースを使用することができ、袋状電池ケースの材質としては金属ラミネート樹脂フィルムを使用することが好ましい。
【００３０】
本発明において、長円形巻回型発電要素を袋状電池ケースに収納する場合には、長円形巻回型発電要素はその巻回中心軸が袋状電池ケースの開口面に垂直方向であることが好ましい。なお、垂直方向とは、完全な垂直のみを意味するのではなく、おおむね垂直な方向も意味する。
【００３１】
金属ラミネート樹脂フィルムの金属の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン箔などを使用することができる。
【００３２】
金属ラミネート樹脂フィルムの熱溶着部の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性高分子材料であればどのような物質でもよい。
【００３３】
また、金属ラミネート樹脂フィルムの樹脂層や金属箔層は、それぞれ１層に限定されるものではなく、２層以上であってもかまわない。
【００３４】
巻き止めテープの材質としては、電池に使用する電解液に侵されない材質を使用する。
【００３５】
本発明になる非水電解質二次電池に使用する電解液溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテート等の極性溶媒、もしくはこれらの混合物を使用してもよい。
【００３６】
また、有機溶媒に溶解するリチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２およびＬｉＮ（ＣＯＣＦ２ＣＦ３）２などの塩もしくはこれらの混合物でもよい。
【００３７】
また、北発明になる非水電解質二次電池の隔離体としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解液を含浸したものや、高分子固体電解質、高分子固体電解質に電解液を含有させたゲル状電解質等も使用できる。また、絶縁性の微多孔膜と高分子固体電解質等を組み合わせて使用してもよい。さらに、高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を使用する場合、高分子中に含有させる電解液と、細孔中に含有させる電解液とが異なっていてもよい。
【００３８】
さらに、正極材料たるリチウムを吸蔵放出可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式ＬｉｘＭＯ２、またはＬｉｙＭ２Ｏ４（ただしＭは遷移金属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）で表される、複合酸化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いることができる。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＭｎＯ２、ＦｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２、ＴｉＳ２等が挙げられる。また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導電性ポリマー等が挙げられる。さらに、無機化合物、有機化合物を問わず、上記各種活物質を混合して用いてもよい。
【００３９】
さらに、負極材料たる化合物としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合金、ＬｉＦｅ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｏＯ２等の遷移金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌｉ５（Ｌｉ３Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明を好適な実施例にもとづき説明する。本発明になる非水電解質二次電池は、正極板と隔離体と負極板とからなる長円形巻回型発電要素が非水系の電解液とともに金属ラミネート樹脂フィルムを熱溶着してなる金属ラミネート樹脂フィルムケースに収納されたものであり、その外観は図１に示したのと同じである。
【００４１】
正極活物質にはリチウムコバルト複合酸化物を用いた。正極板は集電体に上記のリチウムコバルト複合酸化物が活物質として保持したものである。集電体は厚さ２０μｍのアルミニウム箔を使用した。正極板は、結着剤であるポリフッ化ビニリデン６部と導電剤であるアセチレンブラック３部とを活物質９１部とともに混合し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調製した後、その集電体材料の両面に塗布、乾燥することによって製作した。
【００４２】
負極板は、集電体の両面に、ホスト物質としてのグラファイト（黒鉛）９２部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン８部とを混合し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調製したものを塗布、乾燥することによって製作した。負極板の集電体は、厚さ１４μｍの銅箔を使用した。
【００４３】
隔離体はポリエチレン微多孔膜とし、また、電解液は、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝４：６（体積比）の混合液とした。
【００４４】
極板の寸法は、正極板が厚さ１８０μｍ、幅４９ｍｍ、セパレータが厚さ２５μｍ、幅５３ｍｍ、負極板が厚さ１７０μｍ、幅５１ｍｍであり、正極板及び負極板にそれぞれリード端子を溶接し、順に重ね合わせて長方形状の巻芯を中心として、長辺が発電要素の巻回中心軸と平行になるよう、その周囲に長円渦状に巻回して、５３×３５×４ｍｍの大きさの発電要素とした。
【００４５】
この発電要素を金属ラミネート樹脂フィルムケースに、長円形巻回型発電要素はその巻回中心軸が袋状金属ラミネート樹脂フィルムケースの開口面に垂直方向となるように収納し、袋状金属ラミネート樹脂フィルムケースのリード取り出し部分を熱溶着して密封し、電解液を、各電極と隔離体が十分湿潤し、発電要素外にフリーな電解液が存在しない量を真空注液した。
【００４６】
図６は、図１に示した電池のＡ−Ａ’断面を示したものである。図６において、１１は最外層の表面保護用の１２μｍのＰＥＴフィルム、１２はバリア層として２０μｍのアルミニウム箔、１３は熱溶着層として１００μｍの酸変性ポリエチレン層である。気密封口用の袋状電池ケースとしての金属ラミネート樹脂フィルムケースは１１と１２と１３とからなり、最外層の表面保護用ＰＥＴフィルム１１とバリア層としてのアルミニウム箔１２はウレタン系接着剤で接着している。また、正極リード３および負極リード４は、厚み５０〜１００μｍの銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属導体である。
【００４７】
また、図６において、１４は接着層、１５は電解液バリア層であり、正極リード３および負極リード４は、金属との接着層１４を形成する１００μｍの酸変性ポリエチレン層を接着し、その外側に電解液バリア層１５として７０μｍのエバール樹脂（クラレ製のエチレンビニルアルコール共重合樹脂）層を設けたものである。これらを図５のように重ねて接着すると良好な気密性が得られる。
【００４８】
袋状金属ラミネート樹脂フィルムケースのリード取り出し部分とは反対側を熱溶着で密封し、発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部を、折り曲げて袋状電池ケースの表面に押しつけた。そして、巻き止めテープの位置と、発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部が重なるようにした。
【００４９】
本発明になる非水電解質二次電池を電池Ａとし、従来の発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部が、巻き止めテープの位置と重なっていない非水電解質二次電池を電池Ｂとし、いずれも公称容量５００ｍＡｈの電池を各１０セルづつ作製した。そして、各電池を次の条件で充放電サイクル試験を行った。
充電：５００ｍＡ定電流＋４．１Ｖ定電圧、合計３ｈｒ
放電：５００ｍＡ定電流、終止電圧２．７５Ｖ
その結果、１００サイクル目の１０セルの平均放電容量は、電池Ａでは４９６ｍＡｈ、電池Ｂでは４６５ｍＡｈとなり、本発明になる非水電解質二次電池の方が、サイクル数による容量減少は少なかった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明になる非水電解質二次電池は、発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部と巻き止めテープの位置が重なっているため、溶着部と巻き止めテープが重なっている部分においては、巻回型発電要素が常に圧迫されており、充放電サイクル中に電極間距離が一定に保たれているため、サイクル数による容量減少が少なくなるものである。
【００５１】
本発明によれば、電池特性の低下を招くことなく、安全性の高い、かつ製造工程における煩雑さを招くことのない、袋状電池ケースとしての金属ラミネート樹脂フィルムケースに長円形巻回型発電要素が収納された非水電解質電池を提供することができる。
【００５２】
また、本発明は、発電要素をたとえば薄いシート状のソフトケースに収納しているので、気密性に優れかつシーリング工程の煩雑さを解消することができ、もって安価な製造、軽量化が可能となる。
【００５３】
加えて、単電池が気密性に優れるため、従来のようにハードケース自体の気密性は問題にならない。それゆえに、ワンタッチ式の組立構造とすることができるため、電池パックの製造を極めて容易にすることができる。さらに、電池収納容器には、インサート成形された外部機器接続用の端子が形成されているので、なお一層のこと、製造工程の容易化並びに製造コストの削減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非水電解質二次電池の外観図。
【図２】本発明になる非水電解質二次電池の第１の工程を示す図。
【図３】本発明になる非水電解質二次電池の第２の工程を示す図。
【図４】本発明になる非水電解質二次電池の第３の工程を示す図。
【図５】本発明になる非水電解質二次電池の第４の工程を示す図。
【図６】本発明になる非水電解質二次電池のリード取り出し部分の断面（図１のＡ−Ａ’断面）を示す図。
【符号の説明】
１  非水電解質二次電池
２  袋状電池ケース
３  正極リード
４  負極リード
５  発電要素の巻回中心軸に平行な袋状電池ケースの溶着部
６  リード取り出し部の袋状電池ケースの溶着部
７  リード取り出し部とは反対側の袋状電池ケースの溶着部
１６  巻止めテープ